穩(wěn)定的電能供給是現(xiàn)代工業(yè)的基石。我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展給電力企業(yè)的供電能力提出了一次又一次的挑戰(zhàn)。應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)最直接的方法是增建發(fā)電廠來提高發(fā)電能力。改革開放以來，我國(guó)的發(fā)電廠一度如雨后春筍般出現(xiàn)，但是隨著時(shí)間的推移和經(jīng)驗(yàn)的積累，我們認(rèn)識(shí)到電廠會(huì)給環(huán)境帶來一定影響。我國(guó)的一些小型火電廠良莠不齊，未達(dá)處理標(biāo)準(zhǔn)的排污讓附近居民苦不堪言，燃煤電廠產(chǎn)生的粉塵則是霧霾問題的罪魁禍?zhǔn)住Ｔ谖覈?guó)經(jīng)濟(jì)由高耗能、高排放、低效率的粗放發(fā)展方式向低耗能、低排放、高效率的綠色和諧發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)下，電力企業(yè)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格地管理發(fā)電過程，關(guān)閉低效率高污染的電廠，建設(shè)規(guī)范高效的電廠并利用水力、風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源。然而，這些發(fā)電側(cè)的優(yōu)化將是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，如何在短期內(nèi)緩解供電壓力并滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求呢？電力企業(yè)將目光投向了對(duì)用電側(cè)的管理。
用電側(cè)管理，在電力術(shù)語中稱為需求側(cè)管理（Demand Side Management, DSM），是通過管理用電方式來減少電力需求達(dá)到電力使用效率最大化的管理活動(dòng)。這樣形容比較抽象，但DSM對(duì)于我們其實(shí)不陌生——實(shí)行已久的峰谷電價(jià)和分時(shí)電價(jià)就是DSM的例子。供電局通過提高用電高峰時(shí)段的電價(jià)促使我們將一些用電活動(dòng)安排到低谷時(shí)段，這樣便可減少峰值用電量，減輕發(fā)電壓力。同樣的思想在對(duì)工業(yè)用電的管理中也大量使用，稱為“錯(cuò)峰”，但工業(yè)用電的錯(cuò)峰和生活用電錯(cuò)峰不同，僅僅使用峰谷電價(jià)等市場(chǎng)調(diào)節(jié)“軟”手段在工業(yè)用電中是不夠的，因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)的用電量極大，一旦錯(cuò)峰不成功，會(huì)出現(xiàn)巨大的電力缺口，所以供電局需要為其供電范圍內(nèi)的工廠制訂錯(cuò)峰計(jì)劃，將工廠的生產(chǎn)安排在不同時(shí)間段，降低峰值需求。制訂錯(cuò)峰計(jì)劃并不簡(jiǎn)單，不同類型的工廠用電方式截然不同，而同一家工廠在不同時(shí)期的用電方式也不一樣，要使錯(cuò)峰計(jì)劃合乎工廠的生產(chǎn)規(guī)律，就不能“一刀切”地制定計(jì)劃。而且工廠用電設(shè)備繁多、各個(gè)環(huán)節(jié)相互依賴，不合理的安排會(huì)對(duì)生產(chǎn)過程產(chǎn)生牽一發(fā)而動(dòng)全身的影響。那么，供電局該如何制訂合理的錯(cuò)峰計(jì)劃，在保障工業(yè)生產(chǎn)的前提下降低電力需求峰值呢？空談無用，我們看看這兩年在需求側(cè)管理頗有成果的佛山電力是怎么做的。
佛山市是傳統(tǒng)制造業(yè)名城，擁有幾千家工廠，無一不是能耗大戶，給佛山的供電能力帶來了極大的挑戰(zhàn)。工業(yè)用電錯(cuò)峰在佛山實(shí)行已久，但是隨著佛山制造業(yè)的發(fā)展，原有的錯(cuò)峰機(jī)制已經(jīng)無法彌補(bǔ)電力缺口，還給工業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的壓力。電力缺口和土地、環(huán)境一道成為了制約佛山制造業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。2012年，佛山成為全國(guó)首批四個(gè)之一，也是南方電網(wǎng)首個(gè)電力需求側(cè)管理綜合試點(diǎn)城市。 在這次試點(diǎn)中，佛山電力建立了電子需求側(cè)管理平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱DSM平臺(tái)），由佛山電力提供電力專業(yè)知識(shí)，廣東卓維網(wǎng)絡(luò)提供信息技術(shù)。DSM平臺(tái)上線的首要任務(wù)便是改善錯(cuò)峰機(jī)制、彌補(bǔ)電力缺口，同時(shí)使錯(cuò)峰計(jì)劃更符合工廠的生產(chǎn)規(guī)律。然而，在第一步——制訂錯(cuò)峰計(jì)劃時(shí)，佛山電力就遭了當(dāng)頭一棒——佛山的制造業(yè)涵蓋陶瓷業(yè)、紡織業(yè)、有色金屬業(yè)、電器制造業(yè)、裝備制造業(yè)等多種類型的產(chǎn)業(yè)，它們各有各的用電方式和周期，要讓一套錯(cuò)峰計(jì)劃適應(yīng)所有的工業(yè)用戶太難了！佛山電力的技術(shù)專家沒有就此退縮，他們想到了近年來快速發(fā)展的大數(shù)據(jù)技術(shù)——既然電商們可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)細(xì)分人群，為差異化極大的消費(fèi)者提供精準(zhǔn)的個(gè)性化推薦服務(wù)，為什么不利用同樣的技術(shù)為工業(yè)用戶制訂“個(gè)性化”的錯(cuò)峰計(jì)劃呢？按照這個(gè)思路，佛山電力在DSM平臺(tái)上建立了一個(gè)用戶信息庫(kù)，其中包含了各工業(yè)用戶的行業(yè)、變壓器、用能設(shè)備（電動(dòng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)、電鍋爐、照明設(shè)備等）等信息。利用這個(gè)信息庫(kù)，佛山電力可以將工業(yè)用戶進(jìn)行粗略的劃分，但這離準(zhǔn)確描述用戶的用電行為還很遠(yuǎn)。對(duì)電商來說，個(gè)性化推薦的核心是通過對(duì)購(gòu)買和瀏覽記錄數(shù)據(jù)的挖掘，找出數(shù)據(jù)中的規(guī)律和關(guān)聯(lián)。對(duì)電力企業(yè)，這個(gè)思路依然適用，制訂個(gè)性化錯(cuò)峰計(jì)劃的核心應(yīng)當(dāng)是用電過程中產(chǎn)生的量測(cè)數(shù)據(jù)的挖掘。
量測(cè)數(shù)據(jù)是工業(yè)用戶用電設(shè)備或設(shè)備群上安裝的各類電表記錄的數(shù)據(jù)。但是，電表僅記錄電壓、電流、電量等原始數(shù)據(jù)，對(duì)用電行為的描述并不直觀，而且單個(gè)表計(jì)只能記錄一家工廠部分設(shè)備的用電情況，那么為了對(duì)一家工廠乃至一個(gè)地區(qū)、一個(gè)行業(yè)的用電行為獲得更好的認(rèn)識(shí)，DSM系統(tǒng)必須整合、分析原始數(shù)據(jù)，讓原始數(shù)據(jù)變得有意義，才能加以利用。怎樣才能讓數(shù)據(jù)變得有意義呢？根據(jù)電力原理和多年工作經(jīng)驗(yàn)，佛山電力總結(jié)出了一系列模型，將原始量測(cè)數(shù)據(jù)變?yōu)楦呙枋鲂缘慕畟€(gè)指標(biāo)，包括單廠的月用電量、月平均負(fù)荷、月最大負(fù)荷出現(xiàn)時(shí)段、用能設(shè)備平均負(fù)荷、用能設(shè)備負(fù)荷占比、電能單耗等等。單企業(yè)指標(biāo)和企業(yè)所在行業(yè)有直接關(guān)系，孤立地看單企業(yè)指標(biāo)會(huì)導(dǎo)致描述偏差，所以佛山電力還需要計(jì)算各個(gè)行業(yè)中這些指標(biāo)的均值、單企業(yè)和行業(yè)的對(duì)標(biāo)（指標(biāo)對(duì)比）以及在行業(yè)內(nèi)的單企業(yè)指標(biāo)排名。將原始量測(cè)數(shù)據(jù)變成指標(biāo)需要一整套數(shù)據(jù)的處理：將數(shù)據(jù)從電表處采集、寫入存儲(chǔ)系統(tǒng)、從系統(tǒng)中讀取、進(jìn)行計(jì)算以及展現(xiàn)計(jì)算結(jié)果。這些任務(wù)需要一個(gè)功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)，在這一步，佛山電力遇到了第二道障礙。佛山的制造業(yè)每天都要產(chǎn)生上億條各類用電數(shù)據(jù)，DSM平臺(tái)不僅需要對(duì)日積月累達(dá)到海量的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，還要能夠處理每天新增的數(shù)據(jù)。佛山電力原先為DSM選擇了老牌數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和指標(biāo)生成，然而投產(chǎn)不久后，Oracle便顯示出了計(jì)算能力的不足，在計(jì)算指標(biāo)時(shí)，往往耗時(shí)過長(zhǎng)，降低了錯(cuò)峰計(jì)劃生成的效率，為了解決這個(gè)問題，佛山電力選擇了為處理海量數(shù)據(jù)而生的大數(shù)據(jù)技術(shù)。
近年來，大數(shù)據(jù)技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。佛山電力選擇了上海星環(huán)科技開發(fā)的一站式大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)Transwarp Data Hub下的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)Hyperbase做為DSM平臺(tái)全新的數(shù)據(jù)支撐系統(tǒng)。佛山電力為什么選擇星環(huán)科技的Hyperbase呢？首先，DSM平臺(tái)每天都要增加新的用電數(shù)據(jù)。而且為了更準(zhǔn)確地評(píng)估用電行為，佛山電力可能會(huì)提高數(shù)據(jù)采集頻度（比如從每天采集一次提高到每小時(shí)一次），數(shù)據(jù)量會(huì)成倍增長(zhǎng)。將來，佛山電力還考慮對(duì)居民用電數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，屆時(shí)，數(shù)據(jù)量會(huì)再一次爆發(fā)。所以，存儲(chǔ)系統(tǒng)適應(yīng)數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)的能力是必須的。星環(huán)科技的Hyperbase是一個(gè)分布式的存儲(chǔ)系統(tǒng)，可以在經(jīng)濟(jì)的商用服務(wù)器上搭建大規(guī)模存儲(chǔ)集群，并且通過向集群中添加服務(wù)器便可以增加存儲(chǔ)空間，有著極好的橫向擴(kuò)展能力，這是DSM平臺(tái)需要的特性。第二，因?yàn)橛秒姅?shù)據(jù)在源源不斷地產(chǎn)生，DSM平臺(tái)有大量的寫入任務(wù)，目前每天的寫入達(dá)到近一億條，將來只會(huì)更多。Hyperbase有極高的并發(fā)寫能力，可以批量寫入數(shù)據(jù)，適合DSM平臺(tái)的應(yīng)用場(chǎng)景。第三，DSM系統(tǒng)需要大量讀取用電數(shù)據(jù)，包括一個(gè)、一批、一個(gè)地區(qū)或一個(gè)行業(yè)內(nèi)的電表在一個(gè)、多個(gè)時(shí)間點(diǎn)或時(shí)間段的量測(cè)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將直接被用于計(jì)算用電行為描述的相關(guān)指標(biāo)。Hyperbase有極高的并發(fā)讀能力，而且還配備了高效的二級(jí)索引，使得DSM平臺(tái)可以對(duì)任意鍵進(jìn)行快速查詢，將直接提高指標(biāo)計(jì)算的效率。在DSM平臺(tái)上部署Hyperbase后，實(shí)時(shí)的量測(cè)數(shù)據(jù)將從生產(chǎn)企業(yè)側(cè)通過RabbitMQ接入Hyperbase，Hyperbase中的數(shù)據(jù)再通過調(diào)用API進(jìn)行計(jì)算、分析和展現(xiàn)，如下圖所示：
配備了這套數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的DSM平臺(tái)可以快速高效地從Hyperbase中獲取數(shù)據(jù)，生成錯(cuò)峰計(jì)劃所需要的指標(biāo)，例如一個(gè)表計(jì)在一段時(shí)間內(nèi)記錄數(shù)據(jù)的極值、一批表計(jì)在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)記錄的所有數(shù)據(jù)、一批表計(jì)在多個(gè)不同時(shí)間段分別記錄的所有數(shù)據(jù)以及極值等等。
有了大數(shù)據(jù)的幫助，佛山電力得以準(zhǔn)確地描述用電企業(yè)的屬性和用電行為，將工業(yè)用戶細(xì)分，最終制訂了一套詳細(xì)的錯(cuò)峰計(jì)劃，規(guī)定了不同組別的用電企業(yè)在各個(gè)錯(cuò)峰需求等級(jí)（由電力缺口決定）下的錯(cuò)峰時(shí)間和用電頻率。而且這個(gè)錯(cuò)峰計(jì)劃不會(huì)一成不變，企業(yè)會(huì)變，生產(chǎn)方式也會(huì)變，佛山電力會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)的變化不斷調(diào)整計(jì)劃，使其更好地配合企業(yè)生產(chǎn)。試點(diǎn)以來，新的錯(cuò)峰機(jī)制已經(jīng)幫助佛山降低、轉(zhuǎn)移了幾十萬千瓦的峰值負(fù)荷。用電數(shù)據(jù)分析價(jià)值的不僅在于生成和改進(jìn)錯(cuò)峰計(jì)劃，佛山電力還在用這些數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)能單耗低的企業(yè)并對(duì)其進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)能單耗高的企業(yè)，幫助它們分析生產(chǎn)方式中的問題并為其提供節(jié)能診斷。類似的工作將為佛山帶來長(zhǎng)遠(yuǎn)的積極影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在試點(diǎn)結(jié)束后，佛山市將每年節(jié)電量約13.5億千瓦時(shí)，相當(dāng)于2012年佛山全社會(huì)用電量的2.7%；減少新建電廠投資約20億元；每年減少標(biāo)煤消耗約56萬噸；每年減少二氧化碳排放約135萬噸；每年減少二氧化硫排放約290萬噸；每年減少氮氧化物排放約580萬噸；每年減少懸浮物顆粒約115萬噸。
傳統(tǒng)的粗放式生產(chǎn)讓我國(guó)經(jīng)濟(jì)騰飛的同時(shí)留下了能源、環(huán)境方面的“后遺癥”。今天，為了治療這些頑疾，我們常常需要花費(fèi)大量的金錢和人力。通過佛山的例子，我們看到用大數(shù)據(jù)的思想和技術(shù)來管理企業(yè)的用電方式，不需要巨額的投資，不需要浩大的工程，卻起到了四兩撥千斤的效果，這就是大數(shù)據(jù)的力量。這并不是說節(jié)能環(huán)保的投資沒有意義，而是說在節(jié)能環(huán)保和工業(yè)生產(chǎn)中充分地利用大數(shù)據(jù)，將大數(shù)據(jù)的精細(xì)化思維帶入每一個(gè)環(huán)節(jié)，可以起到事半功倍的效果，我們離青山綠水也就更近了一步。
星環(huán)科技是目前國(guó)內(nèi)極少數(shù)掌握企業(yè)級(jí)大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)軟件技術(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)廠商。在全球大數(shù)據(jù)去IOE的大背景下，Hadoop已成為公認(rèn)的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的替代品。星環(huán)產(chǎn)品Transwarp Data Hub ( TDH ) 功能比肩硅谷同行， 三大組件Hyperbase, Stream，和Inceptor的性能和SQL兼容性在業(yè)界處于領(lǐng)先水平。
